Исследование экологического статуса систем «Почва-растение» степной зоны при антропогенном воздействии (стр. 3 )

Риск загрязнения свинцом максимален у тысячелистника – 0,033 (почва темно-каштановая неполноразвитая), на других типах почв – на порядок ниже. Наибольший риск загрязнения молибденом наблюдается у клевера лугового на всех исследуемых типах почв.

Максимальное и минимальное значения риска загрязнения барием наблюдается у солодки на разных типах почв (чернозем типичный и южный).

Анализ риска загрязнения корневой системы растений (таблица 2) показал, что наибольший риск загрязнения медью наблюдается у шалфея – 0,94 (чернозем южный). По данным результатам анализа видно, что основная масса меди из почве аккумулируется в корневой системой растений. Максимальное и минимальное значения риска загрязнения цинком наблюдается у цикория – 0,63 (чернозем обыкновенный) и 0,06 (чернозем типичный). Риск загрязнения свинцом наиболее высок у солодки 0,69 (чернозем типичный), на других типах почв риск загрязнения солодки снижается в 2 раза.

Таблица 2. Риск загрязнения корневой системы растений тяжелыми металлами (фрагмент)

почва	растения	Cu	Zn	Pb	Ni	Cr	V	Ti	Mo	Ag	Ga	Ba	Zr	Mn
чернозем южный	шалфей	0,94	0,45	0,33	0,37	0,7549	0,26	0,05	0,78	0,99	0,25	0,31	0,09	0,12
татарник	0,59	0,19	0,17	0,26	0,8404	0,57	0,59	0,89	0,72	0,21	0,47	0,25	0,05
цикорий	0,46	0,46	0,11	0,11	0,3001	0,07	0,07	0,54	0,34	0,08	0,33	0,08	0,32
полынь обыкновенная	0,79	0,23	0,47	0,47	0,3994	0,75	0,42	0,93	0,32	0,57	0,45	0,22	0,11
Тысячелистник	0,69	0,29	0,29	0,33	0,8317	0,54	0,27	0,65	0,38	0,36	0,34	0,11	0,16
Одуванчик	0,81	0,53	0,36	0,24	0,9042	0,41	0,40	0,65	0,49	0,36	0,64	0,11	0,11
клевер луговой	0,67	0,14	0,34	0,11	0,6517	0,27	0,10	0,20	0,91	0,31	0,19	0,09	0,05
Солодка	0,55	0,11	0,30	0,51	0,8385	0,72	0,32	0,89	0,48	0,22	0,23	0,15	0,17

подчеркнуто минимальное значение риска загрязнения,

Риск загрязнения корневой системы растений хромом, ванадием, титаном имеет большой разброс, так: по хрому – 0,01-0,91;по ванадию – 0,005-0,76;по титану – 0,007-0,59. Значения риска загрязнения почвы представлены в таблице 3. Разброс в значениях риска загрязнения можно объяснить влиянием почвенных факторов, характерных для каждого типа почв. Максимальное значение риска загрязнения молибденом наблюдается у полыни обыкновенной 0,94 (чернозем южный).

Таблица 3. Риск загрязнения почвы тяжелыми металлами (фрагмент)

почва	Растения	Cu	Zn	Pb	Ni	Cr	V	Ti	Mo	Ag	Ga	Ba	Zr	Mn
чернозем южный	Шалфей	0,05	0,54	0,66	0,62	0,24	0,73	0,94	0,18	0,0001	0,75	0,68	0,91	0,87
Татарник	0,36	0,81	0,82	0,73	0,15	0,42	0,40	0,06	0,25	0,78	0,52	0,75	0,94
Цикорий	0,5	0,52	0,87	0,76	0,68	0,92	0,92	0,35	0,24	0,91	0,66	0,91	0,67
Полынь обыкновенная	0,18	0,76	0,51	0,51	0,59	0,24	0,57	0,04	0,58	0,42	0,54	0,78	0,87
Тысячелистник	0,29	0,69	0,69	0,66	0,16	0,45	0,72	0,30	0,24	0,63	0,65	0,88	0,83
Одуванчик	0,16	0,46	0,62	0,75	0,09	0,58	0,59	0,29	0,46	0,63	0,35	0,89	0,88
клевер луговой	0,31	0,86	0,65	0,88	0,34	0,72	0,89	0,14	0,07	0,68	0,80	0,9	0,94
Солодка	0,43	0,89	0,69	0,48	0,16	0,27	0,67	0,01	0,50	0,77	0,76	0,85	0,82

подчеркнуто минимальное значение риска загрязнения,

Риск загрязнения медью высок для почвы темно-каштановой неполноразвитой, если растительный покров преимущественно представлен шалфеем (0,43) и клевером луговым (0,7); если же в растительном покрове наблюдается большой процент полыни обыкновенной, тысячелистника, одуванчика, то риск загрязнения минимален для данной почвы. Максимальный риск загрязнения цинком наблюдается на черноземе типичном – 0,9. Риск загрязнения почвы свинцом высок, так как свинец имеет достаточно низкую миграционную способность в системе почва-растение и основное количество свинца накапливается в почве.

Сравнивая результаты по риску загрязнения надземной части, корневой системы растений и почвы видно, что наименьшим риском загрязнения по исследуемым микроэлементам обладает надземная часть растений.

В уравнениях 8 знаменатель является интегральным показателем взаимодействия в системе почва-растение (I). Этот показатель зависит от физико-химических свойств почв и растений.

(9)

В таблице 4 приведены рассчитанный интегральный показатель, характеризующий миграционные способности почвенно-растительных систем. Расчет проводился по формуле 9 для каждого металла и последующим нахождением среднеквадратичного интегрального показателя для каждой почвенно-растительной системы по формуле:

, (10)

где i – тяжелый металл; n – количество тяжелых металлов. Чем выше значение I, тем более неоднородное распределение тяжелых металлах в системе почва-растение.

Таблица 4. Среднеквадратичный интегральный показатель

Порядковый номер	Почвенно-растительная система	Интегральный показатель
1	клевер луговой чернозем типичный	193,3
2	тысячелистник чернозем типичный	190,1
………	………………	……………..
29	цикорий чернозем южный	53,05
30	тысячелистник чернозем обыкновенный	47,8
31	одуванчик почва темно-каштановая неполноразвитая	38,7

Результаты и выводы

1. Одним из основных факторов воздействия окружающей среды на природные системы является загрязнение гербицидами и тяжелыми металлами. Современное состояние экологической науки предъявляет жесткие требования к мониторингу окружающей среды, основным из которых является обнаружение отрицательного действия среды на почвенно-растительные системы на ранних стадиях, еще до проявления морфологических изменений. К таким методам можно отнести метод регистрации параметров кинетики замедленной флуоресценции почвенно - растительных систем.

2. На основании проведенного теоретического исследования биофизических и физических процессов, в растительных клетках и почвенных системах, исходя из предположения о вероятностных процессах происходящих при фотовозбуждении сложных молекулярных систем, получено представление кинетики замедленной флуоресценции в виде суммы экспонент, характеризуемых максимальным значением и постоянной экспоненты. В частности, предполагается разложение кинетической кривой замедленной флуоресценции на две компоненты:

- быструю, с параметрами G (максимальное значение компоненты) и «а» (постоянная быстрой компоненты);

- медленную, с параметрами D (максимальное значение компоненты) и

«b» (постоянная медленной компоненты).

3. Экспериментально исследованы влияние фосфорорганических гербицидов (на примере раундап) и тяжелых металлов на фотосинтетический аппарат растительных организмов степной зоны. Отмечено, что действие низких концентраций гербицида и тяжелых металлов приводит к незначительному увеличению параметров замедленной флуоресценции, с последующим снижением с ростом концентрации.

4. Исследовано влияние физико-химических параметров различных подтипов почв на замедленную флуоресценцию. Обнаружены статистически значимые связи параметров кинетики замедленной флуоресценции с рН почвы, гумусом, подвижными формами калия и фосфора при термической обработки почв, что является актуальным при применении методов термической рекультивации почв.

5. Рассматривая параметры кинетики замедленной флуоресценции как пространство образов, на основе применения кластерного анализа, проведена классификация растений и почв степной зоны по влиянию факторов окружающей среды (гербицидов и тяжелых металлов) на фотосинтетический аппарат растительных организмов и свойства почв при термической рекультивации.

6. На основании экспериментальных исследований и метода группового учета аргументов построена математическая модель влияния физико-химических свойств почв на фотосинтетический аппарат растений. Это позволяет прогнозировать и управлять растительными ресурсами, урожайностью, оценивать биоразнообразие растительных организмов.

7. Рассматривая почвенно-растительные системы как системы, состоящие из взаимодействующих друг с другом подсистем растение - почва - корневая система, на основе системного анализа, построена модель расчета риска загрязнения элементов системы тяжелыми металлами. Определены уровни риска загрязнения подсистем тяжелыми металлами.

8. На основе вероятностного подхода к процессам миграции загрязняющих веществ в системе почва – растение получен интегральный показатель, характеризующий миграционную способность тяжелых металлов в почвенно-растительных системах. Отмечено, что одни и те же растения, произрастающие на различных типах почв образуют системы характеризуемые различными миграционными свойствами.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК

1.  В, Изучение влияния фосфорорганических гербицидов (на примере глифосата) на культурные и сорные растения // Вестник ОГУ№3. – С. 90-94.

2.  , Разработка методики оценки влияния гербицидов на фотосинтетический аппарат растительных тканей // Вестник ОГУ. – 2004. - №1. – С. 128-132.

3.  , Оптимизация пространственно-временной сети мониторинга загрязнений атмосферы на основе методов линейной интерполяции // Вестник ОГУ. – 2004. - № 2. – С.127-129.

4.  , Н, Особенности профильной миграции радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в системе почва-растение // Вестник ОГУ. – 2005.- №12. - С.49-54.

5.  , , и др. Математическое моделирование миграции радионуклидов в почвенно–растительных комплексах Оренбуржья // Вестник ОГУ.- 2005. - №9. - С. 129-133.

6.  , Особенности миграции микроэлементов в почвенно-растительных комплексах Оренбуржья // Вестник ОГУ.-2006.- №12. – С. 332-338.

7.  , Исследование кинетики замедленной флуоресценции почв Оренбургской области // Вестник ОГУ. -2006. - № 12.- С. 400-405.

8.  , Оценка миграции тяжелых металлов в почвенно-растительных системах // Экология и промышленность России
.-2010. - №1. – С.36-38.

9.  , , Интегральная характеристика миграционных свойств почвенно-растительных систем // Вестник ОГУ.- 2009.-№12(106). – С.143-147.

Статьи, принятые в печать

10.  , Кинетические характеристики замедленной флуоресценции растений аридных зон при действии солей тяжелых металлов и фосфорорганических гербицидов (раундап)// Биофизика.-2011. (в печати).

11.  , Замедленная флуоресценция почв при термической обработке (на примере почв Оренбургской области)//Экологические системы и приборы.-2011. (в печати).

12.  , Исследование и оценка миграционных свойств тяжелых металлов в системах почва-растение// Аграрная Россия.-2011. (в печати)

Патенты

13.  , , Патент на изобретение № 000. Устройство для регистрации замедленной флуоресценции. Москва, 2003. 3 с.

14.  , Патент на изобретение № 000Способ получения калийно-фосфорных удобрений. Москва,2008. 3с.

Монография

15.  Моделирование почвенно-растительных систем. - М: Издательство ЛКИ, 200с.

Статьи в других журналах, изданиях и тематических сборниках

16.  , , Комплексная оценка почвенно-растительных комплексов на основе стационарных Марковских цепей // Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии.: Сборник научных работ. Т. 3. №3. - Томск, 2004.-С. 453-455.

17.  , , Исследование нахождения подвижных форм тяжелых металлов и радионуклидов цезия-137, стронция-90 в почвенно-растительных комплексах степной зоны // Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии: Сборник научных работ. Т. 3. №3.- Томск, 2004. - С. 455-456.

18.  , Биофизические особенности изменения активности фотосинтетического аппарата растений под воздействием гербицидов / // III съезд биофизиков России. Т.2.- Воронеж, 2004.-С.620-624.

19.  , Профильная миграция стронция-90 и цезия-137 в почвах естественных экосистем степных ландшафтов// III съезд биофизиков России. Т.2.- Воронеж, 2004. - С.640-642.

20.  , , Замедленная флуоресценция почв Оренбургской области// Естествознание и гуманизм.: Сборник научных трудов. Т.3. №4. - Томск, 2006.-С48-49.

21.  , , Исследование биологического накопления микроэлементов растениями, характерных для степной зоны Оренбуржья// Естествознание и гуманизм.: Сборник научных трудов. Т.3. №4. - Томск, 2006.-С.46-48.

22.  , , Оценка влияния антропогенной нагрузки на замедленную флуоресценцию высших растений урбанизированных территорий// Естествознание и гуманизм: Сборник научных трудов. Т.4. №4. - Томск, 2007.-С.42-45.

В материалах конференций

23.  , Ш. Динамика миграции микроэлементов в системе «почва-растение» Оренбургской области// Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем».- Оренбург, 2006.-С.109-113.

24.  , Экологическая оценка изменения состояния фотосинтетического аппарата растений в результате техногенного загрязнения агроландшафтов// Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем».- Оренбург, 2006.-С.81-84.

25.  Моделирование процессов взаимодействия в системе почва-растение на основе стационарных марковских цепей // Сборник научных трудов I Всероссийской научно-практической конференции «Здоровьесберегающие технологии в образовании». - Оренбург, 2003.-С. 125-128.

26.  , , Исследование замедленной люминесценции почвенного покрова// Сборник материалов VII Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь».-Пенза,2004-С.48-51.

27.  , Интегральный показатель, характеризующий биогеоценозы в геотехнических системах Южного Урала// Материалы I международной научно-практической конференции «Биоэлементы».-Оренбург, 2004.-С.76-79.